Вклад Георга Рихмана в науку.К трёхсотлетию со дня рождения.
Актуальность
Имя Георга Вильгельма Рихмана мало известно, разве, что профессионалам. Хотя имя российского ученого физика XIII века, ближайшего и верного помощника Ломоносова можно, несомненно, поставить на одно из первых мест великих российских ученых-экспериментаторов. Опыты Г.В. Рихмана по электрофизиологии, теплофизике, созданные им приборы, предназначенные для изучения электрических явлений, эксперименты по изучению природы молнии получили самую высокую оценку в мировой науке. 11 июля 2011 года – день рождение ученого. И мы считаем, что имя Г.Рихмана и его вклад в развитие физики должны быть по достоинству оценены нами, живущими в XXI веке.
Цель – выявить значимость научной деятельности российского физика-экспериментатора Георга Рихмана.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1.Ознакомиться с деятельностью ученого Георга Рихмана
2.Исследовать наиболее важные открытия Георга Рихмана.
3.Показать актуальность научных открытий Георга Рихмана.
4.Сформулировать выводы по результатам работы.
План создания проекта:
1. Определить конкретные задачи проекта, в рамках которых будет проведено исследование.
2. Ознакомиться с литературой и справочной информацией по предмету проекта.
3. Провести систематизацию полученных данных. Описать процесс исследования.
4. Составить окончательный вариант текстового документа.
5. Сформулировать выводы и оценить полученные результаты.
6. Составить презентацию, иллюстрирующую проект.
Срок создания и защиты проекта: февраль – апрель 2011г.
Вариант представления результатов исследования - устный доклад на V школьной научно-практической конференции, компьютерная версия- презентация.
Введение
Георг Вильгельм Рихман родился 11 июля 1711 г. в семье казначея в г. Пернове (Пярну). Отец еще до рождения сына умер от чумы. Мать вышла замуж вторично. Начальное и среднее образование юноша получил в Ревеле (ныне Таллинн), большом портовом городе на берегу Финского залива, где были гимназия и навигацкая школа.
К сожалению, материалы о юношеских и студенческих годах Рихмана не сохранились. Но можно предполагать, что большие способности и исключительное трудолюбие выделяли его из среды сверстников. Свое образование он продолжил в немецких университетах сначала – в г. Галле, а затем в г. Йене, где с особым старанием изучал физику и математику.
Желая более обстоятельно изучить физику он приехал в Петербург. Его выбор был не случайным, так как в это время Петр I создает Петербургскую академию, которая значительно отличалась от западно-европейских. Академия в Петербурге была основным источником научных кадров, базой для приобщения молодых людей к научным исследованиям, популяризации научных знаний. Поскольку собственных ученых в России не было, задолго до основания академии лейб-медик царя Блюментрост по приказу Петра («денег жалеть не пристало, а то убытков не оберешься») разослал письма именитым ученым во все концы Европы с приглашениями. Всего в академию были приглашены 23 ученых, в их числе и такие знаменитости, как Л.Эйлер, Д.Бернулли, И.Лейтман. Большинство энергично принялись за организацию работы и научные исследования. В числе академиков оказались наши М.В.Ломоносов и Г.В.Рихман.
13 октября 1735 года Георг Вильгельм Рихман был принят студентом «физического класса» Петербургской Академии наук. Все статьи студента Рихмана были чрезвычайно увлекательными, при этом чувствовалось отличное знание истории вопроса и современного его состояния, тщательный подбор доступных примеров.
В 1740 г. как способный и хорошо подготовленный физик Рихман избирается адъюнктом, а через год «за особливые свои труды и прилежание» – вторым профессором по кафедре теоретической и экспериментальной физики. Спустя всего лишь шесть лет после поступления в Академию Рихман уже стал профессором. Никто не мог так точно и старательно выполнить любой научный опыт, придумать, если требовалось, хитроумный прибор. Неудивительно, что скоро о Георге Рихмане заговорили как о большом мастере различных научных экспериментов.
В «Трудах Петербургской академии» напечатаны девятнадцать его работ по калориметрии и термометрии, по теплообмену и испарению жидкостей, по упругим свойствам воздуха, две работы по электричеству, одна по магнетизму и одна по картографии. Остались неопубликованными пять работ по молекулярной физике, сорок сообщений и статей по статическому электричеству и магнетизму, три работы по механике, две по оптике и перевод курса физики Сегнера.
«В истории мировой науки в прошлых веках, – писал академик С.И.Вавилов, – нельзя указать другой пример столь быстрого и эффективного выращивания науки, как это было в России в первой половине XVIII века через посредство Петербургской академии».
Вклад в физику тепловых явлений
В 1744 г. Рихман представляет в академию труд «Размышления о количестве теплоты, которое должно получаться при смешивании жидкостей, имеющих определенные градусы теплоты». Однако молодому ученому на академическом собрании были сделаны серьезные замечания, и он провел еще одно исследование, подтверждающее справедливость выведенной им формулы, которое и представил в академию в 1748 г. Проведя огромное число тщательно выверенных опытов, Рихман получил довольно точную формулу (вошедшую в историю физики под его именем) для определения температуры смеси произвольного числа разных порций одной и той же жидкости разной температуры:
tcм=mt1+mt2+..+mt/m1+m2+...+mk
где m1, m2 ... mk – массы смешиваемых жидкостей, t1, t2 ... tk – соответствующие им температуры. Тогда понятия о теплоемкости тела еще не было, так что надо было обладать незаурядной интуицией, чтобы вывести уравнение, точность которого, с современной точки зрения, определяется лишь степенью зависимости теплоемкости от температуры.
Рихман первым использовал уравнение теплового баланса. И хотя это уравнение было составлено для температуры смеси различных количеств одной и той же жидкости, оно в первом приближении выражало правильное распределение теплоты при смешивании любого числа порций жидкости. Используя формулу Рихмана, физики уже в XVIII в. успешно освоили новые методы калориметрических исследований. На основе этой формулы был разработан способ смешивании жидкостей для определения их теплоемкостей. Этот способ также был назван именем Рихмана и до сих пор является одним из основных при определении теплоемкости, удельной теплоемкости и других теплофизических величин: из школьного курса физики нам известно, что удельная теплоемкость вещества рассчитывается по формуле:
Q=cm(t2-t1)
где Q – количество теплоты, которое необходимо передать телу массой m, чтобы повысить его температуру от t1 до t2.
Научные публикации Рихмана говорят о том, что он понимал разницу между теплотой и степенью нагретости – температурой; понимал, что теплота не может быть измерена градусами. «Часто происходит ошибка, – писал ученый, – если о состоянии воздуха, с точки зрения его теплоты, судят по градусу, показываемому термометром».
Позже, в 1855 г., его гипотезу доказал немецкий математик и физик Иоганн Ламберт. При исследовании металлов Г.Рихман установил, что «наибольшую способность удерживать теплоту имеют латунь и медь, затем идет железо, после чего олово и свинец». Эти важные для науки о теплоте исследования он проводил совместно с Ломоносовым. Нагревая различные металлы на одно и то же число градусов, Рихман обратил внимание на еще одну закономерность: время нагрева было различно. По его мнению, это зависело от способности тел принимать или отдавать тепло, т.е., говоря современным языком, от их теплоемкости. В ходе исследований была составлена таблица, в которой металлы располагались не по теплопроводности, а в основном по их теплоемкости. Спустя несколько лет шведский физик Вильке назовет эту физическую величину относительной теплоемкостью.
Большое значение для развития учения о теплоте имели работы ученого по исследованию самопроизвольного процесса переноса тепла из более нагретой среды к менее нагретой путем конвекции и теплопроводности. В первой серии опытов Г.Рихман исследовал закономерность охлаждения воды, заключенной в стеклянный сосуд, который подвешивался на тонком шнуре и соприкасался только с воздухом, имеющим постоянную температуру. В других сериях он изучал влияние на теплообмен величины и формы поверхности охлаждаемой жидкости, а также ее объема. Охлаждение жидкости исследовалось как в стационарных условиях, так и при тепловом потоке, изменяющемся во времени. Ученый заметил, что в сухом неподвижном воздухе охлаждение жидкости происходит иначе, чем во влажном. Анализируя проведенные опыты, Г.Рихман пришел к выводу о том, что теплообмен между телами является сложным физическим процессом, который зависит от температуры тел, поверхности нагрева или охлаждения, объема, а также от способности тел удерживать в себе теплоту.
Подводя итоги своим экспериментам, он сделал вывод, что падение температуры нагретого тела на дельта t при свободном его охлаждении в воздухе прямо пропорционально поверхности этого тела , разности температур тела и среды , времени и обратно пропорционально объему тела. Исследования Г.Рихмана по конвективному теплообмену и открытый им закон были выдающимся вкладом в развитие теплофизики и получили самую высокую оценку в мировой науке.
Создание приборов, предназначенные для количественного изучения электрических явлений
Исследования по электростатике
Рекомендации:
Данный проект может быть использован в качестве информационного и наглядного пособия на уроках при изучении соответствующих тем в курсе физики и на внеклассных мероприятиях по физике.
